Mario Mafai nasce a Roma nel 1902 da un notaio e dalla direttrice di una pensione, Mafai intraprende inizialmente gli studi tecnico-scientifici, che interrompe nel 1917 per sostituirli con corsi d’arte serali.

Nel 1922 comincia a frequentare la Scuola Libera del Nudo dell’Accademia di Belle Arti, da lui lasciata e poi ripresa nel 1924.  Qui stringe amicizia con Gino Bonichi (artista conosciuto come Scipione) e s’innamora della parigina Antonietta Raphaël dalla quale, divenuta sua compagna, avrà tre figlie. Nel 1925 l’artista abbandona l’Accademia e inizia a studiare nella biblioteca dell’Istituto di Archeologia e Storia dell’Arte. Dopo due anni si trasferisce con la compagna nella casa-studio di Via Cavour, che diventerà la sede operativa della cosiddetta Scuola di Via Cavour, formata dal terzetto Scipione, Mafai, Raphaël.

L'anno successivo presenta dei lavori alla mostra della Società Amatori e Cultori e nel 1929 Mafai raccoglie l’importante occasione di esporre con Scipione e Di Cocco a Palazzo Doria. Nel 1930 parte con Antonietta per Parigi da dove fa presto ritorno a Roma per esporre delle tele con l’amico Scipione alla Galleria di Pier Maria Bardi.

Il soggiorno parigino immerge le sue tele in un’atmosfera più vicina a quella impressionista. Nel 1931 partecipa alla Quadriennale, la quale nel 1935 gli dedica una ricca personale. Nel 1932 esordisce alla Biennale di Venezia mentre alcune sue opere fanno parte di una mostra itinerante negli Stati Uniti.

Le tele di Mafai subiscono intanto delle lievi mutazioni cromatiche che sfumano i soggetti, perlopiù lirici, con colori attenuati. Nel 1937 tiene una ben riuscita personale alla Galleria della Cometa. L’anno seguente partecipa nuovamente alla Biennale di Venezia dividendo una sala con Ziveri. Nel 1939 si trasferisce a Genova con la famiglia per proteggere la compagna dalle Leggi razziali. In agosto viene richiamato alle armi. A Milano alla seconda mostra di Corrente espone le prime Fantasie.

Nel contempo un lavoro di Mafai viene presentato all’Esposizione Universale di New York. Nel 1940 si ripropone alla Quadriennale di Roma vincendo il Premio Bergamo con Modelli nello studio. Considerato ormai il più importante esponente della Scuola Romana, comincia a partecipare a numerosissime mostre, come quella del 1941 a Genova in cui presenta dei lavori con Marino Marini.

Nel 1944, trascorso il periodo di belligeranza, ritorna con la famiglia a Roma. Nello stesso anno espone alla mostra Arte contro la barbarie e nel 1945 collabora con l’Art Club di Prampolini e Jarema. Interviene in questo periodo alle maggiori esposizioni italiane tra cui la Biennale di Venezia del 1948, che presenta una sua antologica, la Quadriennale del 1955, la Biennale del 1958 in cui propone quindici tele sul tema del Mercato.

Tiene poi diverse personali e insegna nelle Accademia di Firenze e di Roma. I lavori risalenti alla fine degli anni Quaranta e all’inizio dei Cinquanta esprimono una riflessione sul Realismo che lo porta, controcorrente, ai confini dell’Astrattismo. Nel 1964 inaugura a Roma la sua ultima personale alla galleria L’Attico. Muore a Roma nel 1965.